大气甲烷浓度长期变化及未来趋势

应用初步建立的全球二维大气化学模式,对工业革命以来甲烷的长期变化进行了模拟研究。模式将CH4、CO和NOx排放源方案进行了参数化。在考虑了CH4排放源以及对OH浓度有重要影响的CO和NOx排放源的长期变化的基础上,模拟了CH4和OH浓度自1840年到20世纪90年代的长期变化趋势。结果表明,工业革命前的大气甲烷体积分数和年排放总量分别为760×10-9和280Tg,1991年大气甲烷的体积分数和年排放总量分别为1611.9×10-9和533.9Tg。而对流层中OH的数密度则由1840年的7.17×105cm-3变化到1991年的5.79×105cm-3,下降了19%。如果CH4、CO及NOx这三种排放源继续按给定的方案增长,那么到2020年大气甲烷的体积分数和年排放总量将增加为2090.7×10-9和966.2Tg,而OH的数密度将为5.47×105cm-3,比1840年降低24%。     

大气中一氧化碳浓度变化的模拟研究

应用全球二维大气化学模式,模拟了CO、CH4和OH自由基等成分自工业革命到2020年的长期变化.模拟的全球CO平均体积分数在1840年、1991年和2020年分别为27×10-6、76×10-6和105×10-6.从1840到1991年,OH自由基数浓度从7.17×105个分子/cm3下降到5.79×105个分子/cm3,降低了19%.模拟的CH4长期变化与冰芯资料相符.模拟的20世纪80年代CO体积分数年增长率为1.03%～1.06%.大气中CO在20世纪90年代前是增长的,而到90年代初观测到CO体积分数突然下降.应用二维大气化学模式对此原因进行了模拟研究,结果表明,CO排放源的减少是CO体积分数下降的主要因子,平流层臭氧减少是另一个重要因子.尽管CO排放源的减少对大气CH4增长率的变化有较大影响,而CH4排放源减少对CO体积分数变化却几乎没有影响.     

全球二维大气化学模式和大气化学成分的数值模拟

建立了一个全球二维纬向平均化学模式,模式包括了从90°S到90°N,从地面到20 km高度的大气.模式中应用的流场来自根据加热率计算得到的剩余环流.模式化学部分包括34种大气成分、104个化学反应和光化学反应.其中,甲烷、一氧化碳和氮氧化物排放分为季节性和非季节性排放源,并将其参数化为时间和纬度的函数再应用到模式中去.按1990年的甲烷、一氧化碳和氮氧化物的的排放水平模拟得到了多种大气组成的分布,模拟结果与观测有较好的一致性.由于模式考虑了一氧化碳的季节变化,模拟得到的OH自由基分布更为合理.模式的建立为今后进一步研究大气微量成分的全球循环过程及其长期变化提供了有效的手段.     

1992年大气甲烷增长速率异常 下降的模拟研究

应用初步建立的全球二维大气化学模式,模拟了甲烷、一氧化碳和OH自由基自工业革命以来的长期变化,对1992年大气中甲烷增长速率突然下降这一异常现象的可能原因如平流层O3下降,皮纳图博火山引起对流层温度下降、甲烷排放源减少等逐一进行了定量研究。研究还发现一氧化碳排放源的减少是另一重要影响因子,并进行了验证。结果表明,1992年甲烷增长速率急剧下降的主要原因来自甲烷和一氧化碳排放源的减少。     

“大气污染防治行动计划”执行以来我国夏季大气OH浓度变化的数值模拟

The OH radical is the primary tropospheric oxidant, accounting for the oxidation capacity of the atmosphere. The GEOS-Chem model was used to examine the impact of anthropogenic emission and meteorological parameter changes on summertime OH concentrations in China since the implementation of the Air Pollution Prevention and Control Action Plan. Our modeling results for the years 2014–2017 demonstrate that the summertime OH concentrations in China exhibited an overall upward trend with the fastest increase occurring around 30°N over eastern China; the North China Plain was also simulated to have an obvious upward OH concentration trend of 0.1 × 106 molecules cm−3 a−1 while the Pearl River Delta experienced a weak downward trend. Further sensitivity experiment simulations showed that changes in both meteorology and anthropogenic emissions over the years 2014–2017 contributed to the increases in OH concentrations in the North China Plain, wherein the contribution of anthropogenic emissions was significantly larger than that of meteorology (10% vs. 1.5%). Meteorology played a major role in OH concentration increase around 30°N over eastern China. Further meteorological analysis demonstrated that the meteorological variable with the greatest contribution was solar shortwave radiation, which can explain the changes in the OH concentrations over a large fraction of China during 2014–2017. However, the role of solar shortwave radiation was offset by the boundary layer height in impacting the changes in OH concentrations during 2014–2017 in the North China Plain. © 2023 Science Press. All rights reserved.     

基于排放源的中国城市垃圾填埋场甲烷排放研究

利用全国垃圾填埋场的点源数据,基于实际调研和实验室分析建立中国不同区域、不同规模、不同填埋时间的排放因子矩阵,采用IPCC推荐的一级降解动力学（FOD）方法自下而上地核算了中国2107个垃圾填埋场在2007年的甲烷（CH₄）排放量。针对不同区域和类型的填埋场,分别就城市垃圾组分、可降解有机碳、CH₄修正因子、CH₄氧化系数、填埋场CH₄收集率等进行了深入研究。结果显示,中国2007年填埋场CH₄排放量为118.61万t,与《中华人民共和国气候变化第二次国家信息通报》2005年填埋场排放量（220万t）差异较大,其主要原因是城市垃圾填埋场统计数据的差异,例如填埋场个数及垃圾填埋量。中国绝大部分填埋场CH₄年排放量在700 t以下,超过1000 t的有279个,超过1万t的仅10个。江苏省的CH₄排放量最高,达到9.87万t;西藏的排放量最小,仅为0.21万t。东部江苏、广东、浙江等省的整体排放量较高,西部地区西藏、宁夏、青海等地的排放水平较低。     

中国4个国家级野外站大气CH4本底浓度变化特征

CH4是仅次于CO2的重要温室气体。2006年9月至2008年8月期间,按全球大气本底观测要求,在青海瓦里关、北京上甸子、浙江临安和黑龙江龙凤山4个国家级野外站开展每周一次空气样品flask瓶采样分析,获得了该地区为期2 a的大气CH4本底浓度资料。结果表明,2 a间瓦里关、上甸子、临安和龙凤山4站CH4浓度年均增幅分别为9.1×10-9、3.8×10-9、21.8×10-9和8.2×10-9;瓦里关站大气CH4浓度增长趋势与全球平均状况较为接近,能较好地反映北半球中高纬度内陆地区大气本底特征;但上甸子站年均本底值相对较低且季振幅偏小,而龙凤山和临安站季节变化规律相似,表现为CH4浓度冬季高而夏季偏低且季振幅较大。     

青藏高原大气甲烷浓度时空分布变化特征

利用瓦里关大气本底站甲烷观测数据对美国Aqua卫星的AIRS观测结果进行对比分析,并分析研究了2003~2012年青藏高原对流层大气甲烷的时空分布特征,结果表明:1)AIRS观测结果与近地面观测资料变化趋势一致,存在显著的正相关关系,突变时间比较一致,可以用于青藏高原区域的甲烷浓度特征分析。2)青藏高原对流层甲烷浓度在空间分布上存在显著的西北—东南走向的低值带及其南北侧存在4个固定的高值中心,分别位于阿里、那曲、山南和玉树。3)青藏高原甲烷浓度呈现显著随高度而降低的趋势,年平均甲烷浓度分别为1.810ppm(1 ppm=10-6)、1.797 ppm和1.781 ppm。在对流层中层和中上层,甲烷浓度基本呈现低值带最低、南北侧均高的山谷型分布特征。在对流层层顶,以低值带为分界线,呈现明显的南高北低特征。4)青藏高原甲烷浓度随时间呈缓慢上升趋势,平均速度为0.0018 ppm/a,夏季上升最快,秋季上升最慢。5)青藏高原甲烷存在明显的单峰型季节变化特征,夏秋季高,冬春季低,与东部地区冬、夏双峰型特征不同,随着高度上升季节变化更为明显。     

1955-2005年中国稻田甲烷排放估算

 将稻田甲烷排放模型CH4MOD和GIS空间化数据库结合,模拟估计了中国大陆1955-2005年水稻生长季稻田甲烷排放量。结果表明：中国稻田甲烷排放总体呈增加趋势,1960年代、1970年代、1980年代和1990年代年均排放量分别为（3.18±0.53）、（4.71±0.27）、（5.22±0.24）和（5.79±0.34）Tg,2000-2005年平均排放量为（6.25±0.36） Tg。1960-1975年增加最快,速率为0.167 Tg/a;自1970年代中期开始增加速率减缓,为0.054 Tg/a。中国稻田甲烷排放高值区主要分布在湖南、湖北、江西、广东、广西、江苏和安徽省,约占全国稻田甲烷排放总量的73.2%。自1980年代初以来,东北三省稻田甲烷排放增加显著,这主要归因于该区水稻种植面积的迅速扩大。     

瓦里关山大气甲烷本底浓度变化特征的分析

用气相色谱法在瓦里关全球基准站进行了大气甲烷（CH4）的连续测量,结合NOAA/CMDL气瓶采样CH4浓度资料的分析结果,给出了我国内陆高原大气CH4本底浓度的变化特征。分析结果表明:瓦里关山大气CH4浓度在1780×10-9～1840×10-9范围内波动,浓度值的变化范围符合中高纬度地区CH4浓度分布;CH4浓度有明显的日变化,夏季的变化趋势及振幅与冬春季有所不同;季节变化幅度不大,与全球大气CH4浓度本底值季节变化的特征及变化幅度的地理分布不太一致;有明显的年际变化,CH4年平均浓度表现为逐年升高,年     

NUMERICAL SIMULATION OF ATMOSPHERIC METHANE TRENDS OVER THE LAST 150 YEARS

A global two-dimensional chemistry model is developed to study long-term trends of CH_4 sinceindustrial revolution.The sources of CH_4,CO and NO_x are parameterized as functions of latitudeand time.With two long-term emission scenarios,long-term trends of CH_4 are simulated.The resultshave a good agreement with observation from ice cores.The modeled CH_4 increased from 760 ppbvin 1840 to 1611.9 ppbv in 1991, while the modeled number concentration of tropospheric OHdecreased from 7.17×10~5 cm~(-3)in 1840 to 5.79×10~5 cm~(-3) in 1991.The increase of atmosphericCH_4 can be explained by the increase of emission of CH_4 and build-up because of decrease of OHradicals that remove CH_4 from the atmosphere.The model is also used to simulate the distribution of CH_4.Comparisons between the modelresults and observations show that the model can simulate both latitudinal distribution and seasonalvariation of CH_4 well.     

NUMERICAL SIMULATION OF ATMOSPHERIC METHANE TRENDS OVER THE LAST 150 YEARS*

A global two-dimensional chemistry model is developed to study long-term trends of CH₄ since industrial revolution.The sources of CH₄,CO and NO_x are parameterized as functions of latitude and time.With two long-term emission scenarios,long-term trends of CH₄ are simulated.The results have a good agreement with observation from ice cores.The modeled CH₄ increased from 760 ppbv in 1840 to 1611.9 ppbv in 1991, while the modeled number concentration of tropospheric OH decreased from 7.17×10⁵ cm^-3 in 1840 to 5.79×10⁵ cm^-3 in 1991.The increase of atmospheric CH₄ can be explained by the increase of emission of CH₄ and build-up because of decrease of OH radicals that remove CH₄ from the atmosphere.The model is also used to simulate the distribution of CH₄.Comparisons between the model results and observations show that the model can simulate both latitudinal distribution and seasonal variation of CH₄ well.     

Modeling the sudden decrease in CH4 growth rate in 1992

A two-dimensional global chemistry model is developed to study the distribution and long-term trends of methane. The model contains 34 species and 104 chemical and photochemical reactions. Using the model, the long-term trends of CH₄, CO and OH in atmosphere are simulated, comparison between the model and observations shows that the simulation is successful. Experiments are done to investigate the causes of dramatic decrease in the growth rate of CH₄ in 1992 such as OH increase due to stratospheric ozone depletion, decrease of temperature in the troposphere due to Mount Pinatubo eruption and descendent of CH₄ sources fluxes. A new explanation is proposed and verified by this model that the decrease of CO emission plays an important role for the abnormal growth rate of CH₄ in 1992. We find that the decreases of CH₄ and CO emissions are the main reasons for the sudden decrease of growth rate of CH₄ in 1992, which account for 73% and 27% respectively.     

Modeling the Sudden Decrease in CH_4 Growth Rate in 1992

1.IntroductionMethane(CH#)isanimportantgreenhousegasinatmosphere.ThemainremovalprocessofCH4inatmosphereisreactedwithOHwhichisdeterminedbytheabundanceofmethane,carbonmonoxide(CO)andnitrousoxides(NO.)whoseemissionshaveincreasedgreatlybecauseofhumanacti...     

中国近100年来4个年代际的气候变化特征

研究了本世纪中国年平均气温、年总降水量的气候趋势。指出，２０世纪中国西北、东北、华北明显变暖；降水趋势值不大，但以负趋势为主。２０世纪８０年代中国降水、气温的区域特征明显：华北暖干、西南冷干、东北暖略偏湿、长江中下游冷湿。此外，还研究了２０世纪４个年代际的气候变化特征及差异。指出，在数十年尺度的暖背景下，中国的华北、长江下游等大部分地区降水偏少（比冷背景），东北降水偏多。２０世纪７０年代开始的增暖主要发生在西北、东北；黄河以南的增温还达不到４０年代的程度。相应的降水特征：除了黄河以南及江淮流域降水比４０年代多以外，其它大部分地区降水偏少。     

云南近50 年来的气候变化

利用1961—2008 年云南省124 站及其相邻省市区的37 个地面站的逐日平均气温、降水量资料,客观分析了考虑气温垂直递减率的气温细网格数据。在此基础上,分析研究了云南近50 年来的气候变化。(1)云南近50 年来的气温变化,趋势上与北半球和全国一致,但气候变暖的速率相对缓慢;(2) 云南气候带面积有明显变化,北热带和南亚热带面积增加,而中亚热带、北亚热带和温带的面积减少;(3) 云南冬季是气温上升幅度最大的季节,然后依次是秋季、夏季和春季,虽然近50 年来云南大部分区域气温呈上升趋势,但少数区域气温却呈下降趋势,这些降温区主要集中在低海拔河谷地区;(4) 云南近50 年来降水量年平均变化不大,但季节和空间分布的变化却比较明显,雨季和主汛期降水量呈下降趋势,干季呈上升趋势;在空间分布上,滇东地区呈一致性下降趋势,滇中呈一致性上升趋势;滇西和滇南地区降水量的增减趋势呈交错分布。      

SPATIOTEMPORAL DISTRIBUTION CHARACTERISTICS AND VARIATION TRENDS OF HIERARCHICAL PRECIPITATION IN GUANGDONG PROVINCE OVER THE PAST 50 YEARS

The climatic characteristics of the precipitation in Guangdong province over the past 50 years were analyzed based on the daily rainfall datasets of 86 stations from 1961 to 2010. The rainfall was divided into five categories according to its intensity, and their spatiotemporal characteristics and variation trends were investigated. The annual rainfall amount was within 1,500 to 2,000 mm over most parts of Guangdong, but substantial differences of rainfall amount and rainy days were found among different parts of the province. There were many rainy days in the dry seasons (October to March), but the daily rainfall amounts are small. The rainy seasons (April to September) have not only many rainy days but also heavy daily rainfall amounts. The spatial distributions of light rainy days (1 mm 100 mm) are generally concentrated in three regions, Qingyuan, Yangjiang, and Haifeng/Lufeng. The average rainfall amount for rainy days increases form the north to the south of Guangdong, while decreasing as the rainfall intensity increases. The contributions from light, moderate and heavy rain to the total rainfall decreases form the north to the south. The annual rainy days show a decreasing trend in the past 50 years. The light rainy days decreased significantly while the heavy, rainstorm and downpour rainy days increased slightly. The annual total rainfall amount increased over the past 50 years, which was contributed by heavy, rainstorm and downpour rains, while the contribution from light and moderate rains decreased.     

近十五年全球臭氧变化

利用卫星观测臭氧总含量ＴＯＭＳ（第７版）资料,在剔除季节变化后对全球６０°Ｓ－６０°Ｎ范围首先进行了沿纬度分布的线性趋势和周期分析。结果表明：自本世纪７０年代末,各纬带上的臭氧总量都呈下降趋势,强度随纬度升高而加剧,并发现总体上北半球臭氧的下降趋势较南半球更加明显;同时证实了准两年振荡是臭氧变化中除年周期外最显著的周期。并对臭氧变化中的准两年振荡作了遥相关分析;发现准两年振荡在强度和位相上基本呈纬向分布并主要表现出赤道对称的特征。１３５～１７０°Ｅ地区臭氧总量变化所表现出的不同于其它地区的原因可能是这一地区常年频繁出现的对流活动;而臭氧总量下降趋势表现出的北半球同纬度地区均大于南半球的南北半球差异可能是由两半球人类活动的差异引起     

近50年新疆温度降水配置演变及其尺度特征

用小波多分辨分析方法研究近20年新疆出现的高温多雨型气候的时间尺度特征及其演变趋势。新疆近55年温度和降水的小波功率谱分析显示,二者在年际尺度上都有2—4和6—8 a的显著周期分量,在年代际尺度上有准16 a周期;但它们的时间演变和时间平均谱都存在差异,导致温度和降水配置演变比较复杂,呈现非平稳性。正交小波分解证实,温度和降水年际变化的高频部分具有显著的负相关,除个别几年外几乎都是高温少雨或低温多雨配置;在年际变化的低频部分,即6—8 a尺度部分,高温少雨/低温多雨及高温多雨/低温少雨配置交替出现,55a平均而言二者相关性不显著。在年代际以上尺度,二者的能量主要集中在约50 a以上尺度部分,16—32 a尺度部分方差贡献很小。在降水和温度时间序列中去除趋势后发现,50 a以上尺度部分具有稳定的高温多雨/低温少雨配置。因此,近20年新疆高温多雨型气候的出现主要是二者50—60 a尺度成分的正位相和线性增加趋势部分叠加形成的,其中降水主要是年代际尺度成分的贡献,温度主要是线性增暖趋势即全球变暖的影响结果。